JP2021163541A - フローティングコネクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号の伝送のためにフローティングコネクタが用いられる場合、所望の高周波特性（例えば、挿入損失）が得られない場合がある。【解決手段】フローティングコネクタは、第１インシュレータと、第２インシュレータと、第１インシュレータと第２インシュレータを連結するバネ性を有するコンタクトが配列されたコンタクト群を含む。コンタクト群は、複数の信号コンタクト及び複数のグランドコンタクトを含む。第２インシュレータに対して導電性部材が取り付けられ、コンタクト群に含まれる２以上のグランドコンタクトが導電性部材を介して電気的に接続される。【選択図】図６

Description

本発明は、フローティングコネクタ及びその製造方法に関する。

フローティングコネクタは、基板対基板（BOARD TO BOARD）用コネクタとして従来から用いられている。フローティングコネクタは、固定インシュレータと、固定インシュレータに対して可動な可動インシュレータを含む。従って、基板と基板の微妙なアライメント誤差がフローティングコネクタにおいて吸収可能であり、基板間の接続作業が円滑化され、また、振動に対する電気的接続の信頼性も高められる。特許文献１には、フローティングコネクタの一例が開示されている。

特開２０１７−１２０６９６号公報

高周波信号の伝送のためにフローティングコネクタが用いられる場合、所望の高周波特性（例えば、挿入損失）が得られない場合がある。本願発明者の検討によれば、フローティングコネクタのコンタクト形状に起因してインピーダンス整合を取ることができないことが要因として考えられる。フローティングコネクタのコンタクト形状を変更することも考えられるが、固定インシュレータに対する可動インシュレータの可動性を確保する上でコンタクト形状自体を変更することは現実的ではない。

本開示の一態様に係るフローティングコネクタは、第１インシュレータと、第２インシュレータと、第１インシュレータと第２インシュレータを連結するバネ性を有するコンタクトが配列されたコンタクト群を含む。コンタクト群は、複数の信号コンタクト及び複数のグランドコンタクトを含む。第２インシュレータに対して導電性部材が取り付けられ、コンタクト群に含まれる２以上のグランドコンタクトが導電性部材を介して電気的に接続される。

幾つかの実施形態においては、導電性部材は、第２インシュレータに対して取り付けられる取り付け基部と、各々が取り付け基部に対して連結し、かつ各々が別々のグランドコンタクトに接触する複数の接触部を有する。

幾つかの実施形態においては、コンタクト群は、信号コンタクトとグランドコンタクトが規則的に配列された第１コンタクト列と、信号コンタクトとグランドコンタクトが規則的に配列された第２コンタクト列を含む。複数の接触部には、第１コンタクト列に含まれるグランドコンタクトに接触する複数の第１接触部と、第２コンタクト列に含まれるグランドコンタクトに接触する複数の第２接触部が含まれる。

幾つかの実施形態においては、取り付け基部は、第２インシュレータに対して嵌合により取り付けられる。

幾つかの実施形態においては、接触部は、第２インシュレータに設けられた開口においてグランドコンタクトと接触する。

幾つかの実施形態においては、接触部は、少なくとも当該フローティングコネクタと当該フローティングコネクタが結合する相手のコネクタの着脱方向に延びるグランドコンタクトの部分に接触する。

幾つかの実施形態においては、取り付け基部には信号コンタクトに対向する位置に凹部が設けられる。

本開示の別態様に係るフローティングコネクタの製造方法は、コンタクト群に含まれるバネ性を有する各コンタクトにより第１インシュレータと第２インシュレータが結合されたフローティングコネクタ本体を製造する工程にして、コンタクト群には複数の信号コンタクト及び複数のグランドコンタクトが含まれる工程と、
第２インシュレータに対して導電性部材を取り付けて２以上のグランドコンタクトを導電性部材を介して電気的に接続する工程と、を含む。

本開示の一態様によれば、高周波信号の伝送のために用いられるフローティングコネクタの高周波特性（例えば、挿入損失）を改善することかできる。

レセプタクルとプラグの連結状態を示す側面図である。 レセプタクルの下面（レセプタクルが実装される基板側の面）の一部の下面図である。 レセプタクルの分解斜視図であり、レセプタクル本体（第１インシュレータ、第２インシュレータ、及びコンタクト群）から導電性部材が取り外された状態が示される。 図１のＡ−Ａにおけるレセプタクルの概略的な断面図である。 図１のＡ−Ａにおけるレセプタクルとプラグの概略的な断面図である。 図１のＢ−Ｂにおけるレセプタクルの概略的な断面図である。 図１のＢ−Ｂにおけるレセプタクルとプラグの概略的な断面図である。 導電性部材のバリエーションを示す概略図である。 リップルが生じた高周波特性を示す模式図である。 リップルが生じない改善された高周波特性を示す模式図である。

以下、図１乃至図１０を参照しつつ、本開示に係る様々な実施形態及び特徴について説明する。当業者は、過剰説明を要せず、各実施形態及び／又は各特徴を組み合わせることができ、この組み合わせによる相乗効果も理解可能である。実施形態間の重複説明は、原則的に省略する。参照図面は、発明の記述を主たる目的とするものであり、作図の便宜のために簡略化されている。各特徴は、本明細書に開示されたフローティングコネクタにのみ有効であるものではなく、本明細書に開示されていない他の様々なフローティングコネクタにも通用する普遍的な特徴として理解される。

図１に示すように、コネクタ装置１は、レセプタクル２とプラグ３を有する。着脱方向Ｄ１においてレセプタクル２とプラグ３が着脱可能である。レセプタクル２とプラグ３が連結する時、レセプタクル２とプラグ３が電気的に接続され、レセプタクル２とプラグ３間で信号伝送が可能になる。具体的には、レセプタクル２のコンタクト群２１Ｊに含まれるコンタクト２１が、各々、プラグ３のコンタクト群３１Ｊに含まれるコンタクト３１に電気的に接続される。なお、各コンタクト２１，３１は、信号コンタクト及びグランドコンタクトのいずれかである。

図２に示すように、コンタクト群２１Ｊは、信号コンタクトＳとグランドコンタクトＧがコンタクト配列方向Ｄ２に規則的に配列された第１コンタクト列２１Ｐと、信号コンタクトＳとグランドコンタクトＧがコンタクト配列方向Ｄ２に規則的に配列された第２コンタクト列２１Ｑを含む。端的には、各２コンタクト列２１Ｐ，２１Ｑにおいて、差動信号が伝送される２つの信号コンタクトＳが２つのグランドコンタクトＧにより挟まれるＧＳＳＧ配置９になるように信号コンタクトＳとグランドコンタクトＧが配置される。なお、第１コンタクト列２１Ｐの信号コンタクトＳと第２コンタクト列２１Ｑの信号コンタクトＳは、レセプタクル２の中心線ＣＸに関して対称に配置される。第１コンタクト列２１ＰのグランドコンタクトＧと第２コンタクト列２１ＱのグランドコンタクトＧについても同様である。

図示は省略するが、レセプタクル２のコンタクト群２１Ｊと同様、プラグ３のコンタクト群３１Ｊは、第１コンタクト列と第２コンタクト列を有するように構成され、また、各コンタクト列においてＧＳＳＧ配置となるように、かつプラグ３の中心線に関して対称になるように信号コンタクトＳとグランドコンタクトＧが配置される。

以下、レセプタクル２がフローティングコネクタとして構成される形態について説明する。勿論、プラグ３がフローティングコネクタとして構成される形態も想定される。

図３乃至図７に示すように、レセプタクル２は、コンタクト群２１Ｊ（第１コンタクト列２１Ｐ，第２コンタクト列２１Ｑ）のコンタクト２１により連結された第１インシュレータ４０と第２インシュレータ５０を有する。コンタクト群２１Ｊの各コンタクト２１は、バネ性を有するべくＳ字状を描くように金属板が屈曲して構成され、第１インシュレータ４０と第２インシュレータ５０の間で架け渡される（例えば、図４参照）。コンタクト２１がバネ性を有するため、第２インシュレータ５０が第１インシュレータ４０に対して可動である。これによりレセプタクル２が実装された基板（不図示）とプラグ３が実装された基板（不図示）の円滑又は信頼性の高い接続が促進される。なお、第１インシュレータを固定インシュレータと呼び、第２インシュレータを可動インシュレータと呼んでも良い。

第１インシュレータ４０は、絶縁材料から成る枠状部材であり、コンタクト配列方向Ｄ２に沿って長尺に延びる壁部４１，４２と、幅方向Ｄ３に延びて壁部４１，４２の一端同士を連結する端部４３と、幅方向Ｄ３に延びて壁部４１，４２の他端同士を連結する端部４４を有する。壁部４１，４２と端部４３，４４により閉じた枠が構成され、コンタクト２１及び第２インシュレータ５０を受容する受容空間４５が画定される。

第２インシュレータ５０は、第１インシュレータ４０の枠内に設けられた島状部材である。第２インシュレータ５０は、コンタクト配列方向Ｄ２に沿って長尺に延びる壁部５１，５２と、幅方向Ｄ３に延びて壁部５１，５２の一端同士を連結する端部５３と、幅方向Ｄ３に延びて壁部５１，５２の他端同士を連結する端部５４と、壁部５１と壁部５２を連結するように、及び／又は、端部５３と端部５４を連結するように延びる底部５５を有する。図５から理解されるように、壁部５１，５２、端部５３，５４、及び底部５５によって、プラグ３のプラグ突起３６を受容する受容空間５９が画定される。プラグ３の構成について詳細に説明することはしないが、プラグ３のプラグ突起３６の両面にコンタクト３１が設けられる。

図４乃至７に示すように、コンタクト２１は、レセプタクル２が実装される基板の端子に電気的に接続されるべき第１接続部２１ａと、プラグ３のコンタクト３１に電気的に接続されるべき第２接続部２１ｂと、第１接続部２１ａと第２接続部２１ｂの間に設けられたバネ部２１ｃを有する。コンタクト２１は、第１接続部２１ａとバネ部２１ｃの間に設けられた第１固定部２１ｄで第１インシュレータ４０に固定され、バネ部２１ｃと第２接続部２１ｂの間に設けられた第２固定部２１ｅで第２インシュレータ５０に固定される。第１固定部２１ｄがバネ部２１ｃに対して段差２１ｄ１を形成するように設けられ、壁部４１の内壁面４１ａ（壁部４２の内壁面４２ａ）とバネ部２１ｃの間に適切な幅のクリアランスが設けられる。第２固定部２１ｅは、バネ部２１ｃと後述のアーム部２１ｆの間でＵ字状に屈曲した部分（特に、Ｕ字の底部）である。

コンタクト２１のＳ字状に関して具体的に述べると、コンタクト２１を構成する金属板は、壁部４１又は４２の下端の下方に配された第１接続部２１ａから壁部４１，４２の上端に向けて延び、壁部４１，４２の上端寄りの位置で反転して壁部５１，５２の下端に向けて延びる。この金属板の反転によりバネ部２１ｃが形成される。続いて、金属板は、壁部５１，５２の下方の位置で再反転して壁部５１，５２の上端に向けて延びる。この金属板の延在によりアーム部２１ｆが形成される。

第２インシュレータ５０の受容空間５９において、アーム部２１ｆの先端部の金属板が凸状に屈曲させられて第２接続部２１ｂが形成される。アーム部２１ｆは、第２接続部２１ｂの頂部から壁部５１，５２の上端に向けて斜めに延びるガイド部２１ｇを有し、プラグ３のプラグ突起３６との衝突によるアーム部２１ｆの座屈が回避又は抑制される。なお、ガイド部２１ｇと壁部５１，５２の内壁面５１ａ，５２ａの間にはクリアランスが設けられる。

レセプタクル２は、上述のレセプタクル本体（第１インシュレータ４０、第２インシュレータ５０、及びコンタクト群２１Ｊの組み合わせ）に加えて導電性部材７を更に有する（例えば、図２乃至４参照）。導電性部材７が第２インシュレータ５０に取り付けられ、コンタクト群２１Ｊに含まれる２以上のグランドコンタクトＧが導電性部材７を介して電気的に接続される。かかる構成によれば、金属板の屈曲により構成された信号コンタクトＳに対して空間的に近い位置でグランドコンタクトＧのグランドレベルを安定化することができ、レセプタクル２の高周波特性（例えば、挿入損失）を改善することができる。一例として、図９と比較して図１０に示すようにリップルが無くなり高周波特性（挿入損失）が改善される。なお、導電性部材７の代替として、プラグ３のグランドコンタクトＧを電気的に接続するように導電性部材を設ける場合、レセプタクル２の高周波特性（例えば、挿入損失）の改善に効果が無いことが確認されている。

導電性部材７は、例えば、導電性材料（例えば、導電性粒子）が絶縁性材料（例えば、樹脂）に分散されて成るものであるが、これに限られない。絶縁体の表面にめっきを施して導電性部材とすることもできる。言うまでも無く、導電性部材７が、打ち抜き及び曲げ加工された金属材である形態も想定される。

導電性部材７は、第２インシュレータ５０に対して取り付けられる取り付け基部７１と、各々が取り付け基部７１に対して連結し、かつ各々が別々のグランドコンタクトＧに接触する複数の接触部７２を有する。取り付け基部７１は、端部４３，４４の間においてコンタクト配列方向Ｄ２に沿って長尺に延びる板状部分である。接触部７２は、取り付け基部７１から着脱方向Ｄ１に沿って突出した突起であり、コンタクト配列方向Ｄ２に沿って一定間隔で配列される。

取り付け基部７１の一側部には、第１コンタクト列２１ＰのグランドコンタクトＧに接触する第１接触部７２Ｐが配列される。個々の第１接触部７２Ｐは、第１コンタクト列２１Ｐに含まれる別々のグランドコンタクトＧに接触する。取り付け基部７１の第２側部には、第２コンタクト列２１ＱのグランドコンタクトＧに接触する第２接触部７２Ｑが配列される。個々の第２接触部７２Ｑは、第２コンタクト列２１Ｑに含まれる別々のグランドコンタクトＧに接触する。このようにして別々のグランドコンタクトＧが共通の導電性部材７を介して電気的に接続され、それらのグランドコンタクトＧのグランド電位が安定化する。

第１及び第２コンタクト列２１Ｐ，２１ＱにおいてＧＳＳＧの順でコンタクト２１が配置される場合、２つのＧＳＳＧ配置で共有のグランドコンタクトＧに対して一つの接触部７２が割り当てられる。

第２インシュレータ５０に対して導電性部材７を様々な態様で取り付けることができる。幾つかの場合、取り付け基部７１が、第２インシュレータ５０に対して嵌合により取り付けられる。例えば、取り付け基部７１に（例えば、凸状の）嵌合部７１Ａが設けられ、第２インシュレータ５０の底部５５に（例えば、凹状の）被嵌合部５５Ａが設けられ、両者が嵌合される。嵌合部７１Ａが凹状ではなく凸状である場合、導電性部材７の体積が増加し、グランドコンタクトＧのグランド電位がより安定になり得る。嵌合部７１Ａは、コンタクト配列方向Ｄ２に沿って長尺に連続的又は断続的に延び得る。被嵌合部５５Ａも同様である。

取り付け基部７１が、第２インシュレータ５０に対して嵌合により取り付けられる場合、第１コンタクト列２１Ｐと第２コンタクト列２１Ｑの間に取り付け基部７１が配置され得る。この場合、取り付け基部７１がコンタクト２１により両側から挟まれ、第２インシュレータ５０に対する取り付け基部７１の取り付け強度が高められ得る。

接触部７２とグランドコンタクトＧが非接触にならないように接触部７２とグランドコンタクトＧを密着させることが有利である。幾つかの場合、第２インシュレータ５０（例えば、その底部５５）に開口５６が設けられ、接触部７２とグランドコンタクトＧが開口５６内で接触する。例えば、初期段階としてグランドコンタクトＧのアーム部２１ｆが開口５６内に配置され、次に、導電性部材７の接触部７２が開口５６に挿入される。これによって接触部７２とグランドコンタクトＧを密着させることができる。なお、この場合、第２インシュレータ５０に対する導電性部材７の取り付けも確保されるため、導電性部材７の嵌合部７１Ａを省略することもできる。有利には、グランドコンタクトＧのバネ性に影響を与えないように、接触部７２は、開口５６内において、着脱方向Ｄ１に延びるグランドコンタクトＧの部分（例えば、アーム部２１ｆ）に密着する。

図示例では、第２インシュレータ５０の底部５５には、第１コンタクト列２１Ｐのコンタクト２１のための開口５６の第１列５６Ｐと、第２コンタクト列２１Ｑのコンタクト２１のための開口５６の第２列５６Ｑが設けられる。コンタクト配列方向Ｄ２において開口５６がお互いに底部５５の隔壁により区分されるが、幾つか又は全ての隔壁を省略してコンタクト配列方向Ｄ２に沿って開口５６を連続させることも想定される。

導電性部材７が信号コンタクトＳに接触しないことも重要である。例えば、取り付け基部７１には信号コンタクトＳに対向する位置に凹部７３が設けられる（図３参照）。これにより偶発的に信号コンタクトＳが導電性部材７に接触して信号の伝送が不可能になることが回避又は抑制される。

念のため述べれば、レセプタクル２に含まれる全てのグランドコンタクトＧを一つの導電性部材７で電気的に接続する必要はない。グランドコンタクトＧのサブセット毎に導電性部材７を設ける形態も想定される。例えば、全てのグランドコンタクトＧが２つのサブセットに区分され、グランドコンタクトＧの第１サブセットがある導電性部材７を介して電気的に接続され、グランドコンタクトＧの第２サブセットが別の導電性部材７を介して電気的に接続される。

図８に示すように取り付け基部７１に対して追加の接触部７６を設けても良い。接触部７６は、コンタクト２１のアーム部２１ｆとバネ部２１ｃの間において金属板がＵ字状に屈曲した部分である第２固定部２１ｅに接触する。金属板の屈曲により構成された信号コンタクトＳに対して空間的に近い位置でグランドコンタクトＧのグランドレベルを安定化することができる。

上述の説明に照らして、当業者は、レセプタクル２を様々な方法で製造することができる。レセプタクル２の製造方法は、例えば、次の工程を含み得る：
コンタクト群２１Ｊに含まれるコンタクト２１により第１インシュレータ４０と第２インシュレータ５０が結合されたフローティングコネクタ本体を製造する工程；及び
第２インシュレータ５０に導電性部材７を取り付けてコンタクト群２１Ｊに含まれる２以上のグランドコンタクトＧを導電性部材７を介して電気的に接続する工程。

各工程の詳細な条件については当業者により決定可能である。第１インシュレータ４０とコンタクト２１をインサート成形で一体化しても良い。同様、第２インシュレータ５０とコンタクト２１をインサート成形で一体化しても良い。第１インシュレータ４０又は第２インシュレータ５０の取付け溝に対してコンタクト２１を差し込んで固定しても良い。

上述の教示を踏まえると、当業者は、各実施形態及び各特徴に対して様々な変更を加えることができる。請求の範囲に盛り込まれた符号は、参考のためであり、請求の範囲を限定解釈する目的で参照されるべきものではない。

１ ：フローティングコネクタ
２ ：レセプタクル
３ ：プラグ
７ ：導電性部材
２１ ：コンタクト
２１Ｊ ：コンタクト群
４０ ：第１インシュレータ
５０ ：第２インシュレータ
７１ ：取り付け基部
７２ ：接触部
７３ ：凹部
７６ ：接触部

Claims (8)

1. 第１インシュレータと、
   第２インシュレータと、
   前記第１インシュレータと前記第２インシュレータを連結するバネ性を有するコンタクトが配列されたコンタクト群にして、複数の信号コンタクト及び複数のグランドコンタクトを含むコンタクト群と、
   を備えるフローティングコネクタであって、
   前記第２インシュレータに対して導電性部材が取り付けられ、前記コンタクト群に含まれる２以上の前記グランドコンタクトが前記導電性部材を介して電気的に接続される、フローティングコネクタ。
2. 前記導電性部材は、前記第２インシュレータに対して取り付けられる取り付け基部と、各々が前記取り付け基部に対して連結し、かつ各々が別々の前記グランドコンタクトに接触する複数の接触部を有することを特徴とする請求項１に記載のフローティングコネクタ。
3. 前記コンタクト群は、前記信号コンタクトと前記グランドコンタクトが規則的に配列された第１コンタクト列と、前記信号コンタクトと前記グランドコンタクトが規則的に配列された第２コンタクト列を含み、
   前記複数の接触部には、前記第１コンタクト列に含まれる前記グランドコンタクトに接触する複数の第１接触部と、前記第２コンタクト列に含まれる前記グランドコンタクトに接触する複数の第２接触部が含まれることを特徴とする請求項２に記載のフローティングコネクタ。
4. 前記取り付け基部は、前記第２インシュレータに対して嵌合により取り付けられることを特徴とする請求項２又は３に記載のフローティングコネクタ。
5. 前記接触部は、前記第２インシュレータに設けられた開口において前記グランドコンタクトと接触することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のフローティングコネクタ。
6. 前記接触部は、少なくとも当該フローティングコネクタと当該フローティングコネクタが結合する相手のコネクタの着脱方向に延びる前記グランドコンタクトの部分に接触することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のフローティングコネクタ。
7. 前記取り付け基部には前記信号コンタクトに対向する位置に凹部が設けられることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のフローティングコネクタ。
8. コンタクト群に含まれるバネ性を有する各コンタクトにより第１インシュレータと第２インシュレータが結合されたフローティングコネクタ本体を製造する工程にして、前記コンタクト群には複数の信号コンタクト及び複数のグランドコンタクトが含まれる工程と、
   前記第２インシュレータに対して導電性部材を取り付けて２以上の前記グランドコンタクトを前記導電性部材を介して電気的に接続する工程と、
   を含む、フローティングコネクタの製造方法。

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